DE1170358B

DE1170358B - Process and tool for the production of hollow bodies closed on one side from steel or other materials

Info

Publication number: DE1170358B
Application number: DER27432A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Raffel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1960-02-26
Filing date: 1960-02-26
Publication date: 1964-05-21

Description

Verfahren und Werkzeug zur Herstellung einseitig geschlossener Hohlkörper aus Stahl oder anderen Werkstoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeug zur Herstellung einseitig geschlossener Hohlkörper aus Stahl oder anderen Werkstoffen durch Kalt- oder Warmverformung, bei dem eine Blechronde zu einem Napf mit einer schwach geformten Umbiegung von seinem zylindrischen Schaft zu seinem im wesentlichen ebenen Boden tiefgezogen und die Umbiegung anschließend in der gleichen Vorrichtung in einem Arbeitsgang von unten scharf ausgeformt wird. Insbesondere behandelt die Erfindung die Erzeugung einteiliger Munitionshülsen.Method and tool for the production of hollow bodies closed on one side made of steel or other materials The invention relates to a method and a Tool for the production of hollow bodies closed on one side made of steel or other Materials through cold or hot deformation, in which a sheet metal blank becomes a bowl with a weakly shaped bend from its cylindrical shaft to its substantially flat bottom deep-drawn and then the bend in the same Device is sharply formed in one operation from below. In particular the invention deals with the production of one-piece ammunition cases.

Bisher wurde die Herstellung derartiger Hülsen, beispielsweise mit einer Länge von etwa 800 mm, wie folgt durchgeführt: Aus einer entsprechend dicken Blechronde wurde zunächst im ersten Doppelzug ein Napf hergestellt, dessen Boden kaum oder nur wenig verformt wurde. In der Regel lag die Verformung am Boden zwischen 0 und 15 0/0, während der Verformungsgrad am Hülsenrand bis zu 75% betrug. In diesem Zusammenhang ist von Interesse, daß bekanntlich aus dem Boden gezogene Tiefziehkörper erhebliche Eigenspannungen aufweisen, so daß man bei der Herstellung von Hülsen von einer weitergehenden Verformung des Bodens absah. Ein weiterer Grund hierfür bestand darin, daß bei einer bezüglich des Rekristallisationsbeginns bei nachfolgendem Entspannen kritischen Verformung des Bodens die Gefahr besteht, daß Grobkorn entsteht, bei weiteren Ziehoperationen in den Mantel gelangt und später zu einer Rißbildung im Mantel führt. Bekanntlich bestehen z. B: bei Stahl Verformungsbereiche, innerhalb derer eine besonders starke Grobkornbildung nach dem Glühen eintritt. Diese Bereiche liegen in der Regel zwischen 0 und 150/0 oder auch 5 und 15'1/o. Bei den meisten Stahlsorten tritt bei einer Verformung bis zu 5% nach dem Glühen keine Rekristallisation auf, während bei Verformungsgraden zwischen etwa 5 und 15% das Ausmaß der Grobkornbildung nach dem Glühen außerordentlich stark ansteigt. Bei Verformungen über 15% läßt die Grobkornbildung wieder nach, und bei hohen Verformungsgraden, beispielsweise von 75()/o, ist die Gefahr der Grobkornbildung beseitigt. Außerdem ist zu beachten, daß das Entspannen in der kritisch verformten Zone, d. h. in der Zone, in der um etwa 5 bis 15 % verformt worden ist, sehr lange Zeit in Anspruch nimmt, dagegen hochverformte Teile sehr schnell weich werden.So far, the production of such sleeves, for example with a length of about 800 mm, carried out as follows: From an appropriately thick one A bowl was first made in the first double pass, its bottom was hardly or only slightly deformed. Usually the deformation on the ground was between 0 and 15 0/0, while the degree of deformation at the sleeve edge was up to 75%. In this Connection is of interest that, as is well known, deep-drawn bodies drawn from the ground have significant internal stresses, so that one in the production of sleeves refrained from further deformation of the soil. Another reason for this consisted in the fact that with respect to the start of recrystallization in the following Relaxing critical deformation of the soil there is a risk that coarse grain is formed, gets into the jacket during further drawing operations and later causes cracks to form in the coat leads. It is well known that z. B: for steel, deformation areas, within which a particularly strong coarse grain formation occurs after annealing. These areas are usually between 0 and 150/0 or 5 and 15-1 / o. Most of them Steel grades do not recrystallize if they are deformed up to 5% after annealing on, while with degrees of deformation between about 5 and 15% the extent of the coarse grain formation increases extremely sharply after annealing. With deformations of more than 15%, the Coarse grain formation again after, and with high degrees of deformation, for example from 75 () / o, the risk of coarse grain formation is eliminated. It should also be noted that that relaxation in the critically deformed zone, d. H. in the zone in which to about 5 to 15% has been deformed, takes a very long time, however highly deformed parts become soft very quickly.

Bei dem bekannten Verfahren wurde demzufolge eine nur geringe Verformung des Bodens vorgenommen, worauf bei 590° C entspannt, sodann gebeizt und phosphatiert wurde, um anschließend weiterzuziehen. Bei dem gewählten Beispiel der Herstellung einer Hülse von etwa 800 mm Länge mußte bisher etwa sechsmal gezogen werden, wobei nach jedem Zug etwa 1 Stunde lang bei 590° C zu glühen war und sich das Beizen und Phosphatieren des Teiles anschloß.In the known method, therefore, there was only a slight deformation made of the soil, whereupon relaxed at 590 ° C, then pickled and phosphated to move on afterwards. In the chosen example of manufacture a sleeve about 800 mm long had to be pulled about six times so far, with after each puff was to glow for about 1 hour at 590 ° C and pickling and Phosphating the part connected.

Bei anderen bekannten Verfahren ist man auch bereits so vorgegangen, daß die zunächst erzeugte Umbiegung anschließend in der gleichen Vorrichtung in einem Arbeitsgang von unten scharf ausgeformt wird. Indessen läßt sich auch hierbei die Notwendigkeit mehrerer Züge sowie die Gefahr der Grobkornbildung nicht umgehen.In the case of other known methods, the procedure has already been followed: that the bend initially produced is then in the same device in is sharply formed from below in one operation. However, here too do not avoid the need for several puffs and the risk of coarse grain formation.

Dieser und andere Mängel werden erfindungsgemäß bei dem eingangs erwähnten Verfahren dadurch vermieden, daß die Ausformung der Umbiegung über die kritische Verformung bezüglich des Rekristallisationsbeginns hinaus erfolgt. überraschenderweise kann dadurch die Anzahl der Züge erheblich verringert werden, ohne daß Eigenspannungen des Werkstoffes zu befürchten sind, während es ferner möglich ist, die Standzeit des Werkzeuges bedeutend zu steigern. Mit Vorteil wird dabei der Hohlkörper in an sich bekannter Weise nach der Ausformung der Umbiegung geglüht.These and other shortcomings are, according to the invention, mentioned in the opening paragraph This method avoided that the formation of the bend over the critical Deformation takes place with respect to the start of recrystallization. surprisingly this allows the number of trains to be reduced considerably without creating internal stresses of the material are to be feared, while it is also possible to reduce the service life of the tool to increase significantly. The hollow body is advantageously in on annealed in a known manner after the bend has been formed.

Versuche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren haben gezeigt, daß zur Herstellung z. B. einer etwa 800 mm langen Stahlhülse höchstens drei Züge, eine einzige Entspannungsglühung bei 590° C während 25 Minuten und lediglich ein einmaliges Beizen und Phosphatieren erforderlich sind. Die Qualität der Hülse wird außerdem außerordentlich verbessert, ohne daß die an und für sich zu befürchtenden Eigenspannungen auftreten. Die Standdauer des Werkzeuges für die Ziehoperation wird durch das verbesserte Einziehen verlängert. Außerdem wird eine höhere Genauigkeit hinsichtlich der Wandstärke erzielbar. Die Preßwerkzeuge brauchen bei weitem nicht einen so hohen Druck aufzunehmen wie bisher. Weitere Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Gegenüberstellung, die sich auf die Fertigung einer 8,8-cm-Hülse bezieht: Operation 1 Bisher Erfindungsgemäß 1. Arbeitsgang ...... Doppelzug bzw. Napfzug oder Spritzung, Napfzug mit Bodenverformung, notwen- notwendige Presse 500 t dige Presse 500 t 2. Arbeitsgang ...... Entspannen bei 590° C, Temperatur- Entspannen bei 590° C, Temperatur- Haltezeit 1 Stunde Haltezeit 25 Minuten 3. Arbeitsgang ...... Beizen und Phosphatieren Beizen und Phosphatieren 4. Arbeitsgang ...... 2. Zug, notwendige Maschine 300 t entfällt 5. Arbeitsgang ...... Entspannen wie unter 2 entfällt 6. Arbeitsgang ...... Beizen und Phosphatieren wie unter 3 entfällt 7. Arbeitsgang ...... 3. Zug, Maschine 300 t entfällt B. Arbeitsgang ...... s. unter 2 entfällt 9. Arbeitsgang ...... s. unter 3 entfällt 10. Arbeitsgang ...... 4. Zug, Maschine 300 t entfällt 11. Arbeitsgang ...... s. unter 2 entfällt 12. Arbeitsgang ...... s. unter 3 entfällt 13. Arbeitsgang ...... 5. Zug, Maschine 300 t 2. Zug, Maschine 200 t 14. Arbeitsgang ...... Beizen und Phosphatieren Beizen und Phosphatieren 15. Arbeitsgang ...... Egalisierung, Maschine 250 t Egalisierung, Maschine 250 t Ein zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes Bodenverformungswerkzeug kennzeichnet sich durch eine Ausnehmung mit einer gleichmäßig schräg nach außen und oben verlaufenden Formfläche und einer Ecke an seinem zylindrischen Teil. Dieses Werkzeug besitzt infolge der vorgesehenen Ausnehmung eine Form, die erheblich von einer zunächst als ideal anzusehenden Gestaltung abweicht, bei der das Werkzeug eine der beabsichtigten Endform der Hülse angepaßte, z. B. parabelförmige Ausbildung hätte.Experiments with the method according to the invention have shown that for the production of z. B. an approximately 800 mm long steel sleeve a maximum of three puffs, a single stress relief annealing at 590 ° C for 25 minutes and only a single pickling and phosphating are required. The quality of the sleeve is also greatly improved without the inherent stresses that are to be feared in and of themselves. The tool life for the pulling operation is extended by the improved pulling-in. In addition, a higher accuracy with regard to the wall thickness can be achieved. The pressing tools do not need to absorb as high a pressure as before. Further advantages of the invention emerge from the following comparison, which relates to the production of an 8.8 cm sleeve: Operation 1 So far according to the invention 1st work step ...... double pull or cup pull or spraying, cup pull with bottom deformation, necessary necessary press 500 t dige press 500 t 2nd step ...... relaxation at 590 ° C, temperature relaxation at 590 ° C, temperature Hold time 1 hour Hold time 25 minutes 3rd step ...... Pickling and phosphating Pickling and phosphating 4th work step ...... 2nd train, necessary 300 t machine not applicable 5. Work step ...... Relaxation as under 2 is omitted 6th step ...... Pickling and phosphating as under 3 is not applicable 7th work step ...... 3rd train, machine 300 t is omitted B. Operation ...... see under 2 is not applicable 9. Work step ...... see under 3 not applicable 10th operation ...... 4th train, machine 300 t is omitted 11. Work step ...... see under 2 is not applicable 12. Operation ...... see under 3 not applicable 13th operation ...... 5th train, machine 300 t 2nd train, machine 200 t 14. Operation ...... Pickling and phosphating Pickling and phosphating 15. Work step ...... equalization, machine 250 t equalization, machine 250 t A soil deformation tool suitable for carrying out the method according to the invention is characterized by a recess with a shaped surface that runs uniformly obliquely outwards and upwards and a corner on its cylindrical part. As a result of the recess provided, this tool has a shape that differs considerably from a design that is initially to be regarded as ideal, in which the tool has a shape adapted to the intended end shape of the sleeve, e.g. B. parabolic training.

Würde man ein derartiges Werkzeug verwenden, so würde infolge des Aufschlags des Preßstempels eine Sprengung des Werkzeuges eintreten. Bei in dieser Richtung durchgeführten Versuchen hat sich gezeigt, daß selbst die Einfassung des mit einem parabelförmig ausgebildeten Formteil ausgestatteten Bodenverformungswerkzeuges mit einem starken aufgezogenen Schrumpfring nicht das Reißen des Werkzeuges verhindert. Wird hingegen erfindungsgemäß die oben erwähnte Ausnehmung im formenden Teil des Werkzeuges vorgesehen, so ist es möglich, den zunächst erzeugten Napf von unten über die kritische Verformung bezüglich des Rekristallisationsbeginns insbesondere bei nachfolgendem Glühen hinaus zu verformen, beispielsweise Verformungen des Bodens in der Nähe seiner Umbiegung von mehr als 151/o vorzunehmen. Auf diese Weise kann man den Werkstoff des Bodens weitgehend zur Herstellung der Hülse verwenden und spart, wie Versuche ergeben haben, erheblich an Zügen.If you were to use such a tool, as a result of the Impact of the ram causes the tool to explode. At in this Tests carried out towards the direction have shown that even the edging of the soil deformation tool equipped with a parabolic shaped part a strong shrink ring does not prevent the tool from tearing. If, however, according to the invention, the above-mentioned recess in the forming part of the Tool provided, so it is possible to initially create the cup from below in particular about the critical deformation with regard to the start of recrystallization to deform in subsequent annealing, for example deformation of the bottom in the vicinity of its bend of more than 151 / o. That way you can to use the material of the soil largely for the manufacture of the sleeve and saves a lot of trains, as tests have shown.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, das Werkzeug derart auszugestalten, daß der Durchmesser seines einen zylindrischen Teils etwas kleiner ist als der Durchmesser des Napfes vom letzten Zug. Hierdurch wird das nicht verformte Material des Bodens in keinem Fall in die Wandung des Napfes des letzten Zuges hineingezogen.It has proven to be particularly expedient to use the tool in this way to design that the diameter of its one cylindrical part is slightly smaller is than the diameter of the bowl from the last move. This will not deform the The material of the bottom was never drawn into the wall of the bowl of the last train.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die Zeichnungen, die die Gestaltung eines für die Ausführung des neuen Verfahrens geeigneten Bodenverformungswerkzeuges wiedergeben und außerdem einen Vergleich mit der bisher üblichen Methode erlauben.The drawings serve to further explain the invention the design of a soil deformation tool suitable for carrying out the new method reproduce and also allow a comparison with the previously usual method.

Es soll beispielsweise wiederum eine Stahlhülse von etwa 800 mm Länge hergestellt werden. Als Material hierfür wird eine in F i g. 1 dargestellte Blechronde 1 verwendet, die beispielsweise aus einem beruhigt vergossenen Stahl mit 0,1% C besteht. Aus dieser Ronde 1 wird zunächst in einer der üblichen Kurbelziehpressen oder hydraulischen Pressen' ein Napf 2 erzeugt, der in F i g. 2 wiedergegeben ist. Die Darstellung läßt erkennen, daß der Boden des Napfes 2 an der Umbiegung 2 a nur wenig verformt ist. Der Verformungsgrad beträgt nach dem Stand der Technik an dieser Stelle zwischen 0 bis maximal 15 %. Die Zeichnung zeigt weiterhin, daß der Verformungsgrad am oberen Rand 2 b des Napfes erheblich höher liegt, und zwar hat man an dieser Stelle bisher Verformungsgrade von etwa 75 11/o angewendet.For example, a steel sleeve about 800 mm in length is again to be produced. A material shown in FIG. 1 used sheet metal blank 1, which consists for example of a calm cast steel with 0.1% C. From this round blank 1, a cup 2 is first produced in one of the usual crank drawing presses or hydraulic presses, which is shown in FIG. 2 is reproduced. The illustration shows that the bottom of the cup 2 is only slightly deformed at the bend 2a. According to the state of the art, the degree of deformation at this point is between 0 and a maximum of 15%. The drawing further shows that the degree of deformation at the upper edge 2 b of the cup is substantially higher, namely it has to this point been degrees of deformation of about 75 11 / o applied.

Die Weiterverformung dieses Napfes geschah nun bei den bekannten Verfahren so, daß zunächst über etwa 1 Stunde bei 590° C geglüht, anschließend gebeizt und phosphatiert sowie daraufhin weitergezogen wurde. Es liegt auf der Hand, daß dieses Verfahren umständlich, langwierig und kostspielig ist. Erfindungsgemäß wird nun so vorgegangen, daß, wie F i g. 4 und 5 erkennen lassen, der mit Hilfe der Ziehmatrizen 3 und 4 im ersten Doppelzug erzeugte Napf mittels des Bodenverformungswerkzeuges 5 weiter verformt wird. Dieses Bodenwerkzeug 5 besitzt eine Ausnehmung 8, die eine gleichmäßig und schräg nach oben und außen verlaufende Fläche 6 aufweist, die sich anschließend an der Ecke 7 nach oben in den zylindrischen Teil 14 fortsetzt. Die Ausnehmung 8 ist als Ganzes in F i g. 5 durch einen Kreis hervorgehoben. Die Darstellung des Bodenwerkzeuges 5 mit der Ausnehmung 8 läßt erkennen, daß die formgebende Fläche des Bodenwerkzeuges erheblich von einer Gestaltung abweicht, die für den Fachmann nahelag und die Erzeugung eines Werkstückes vermuten ließ, das in F i g. 6 dargestellt ist. Es hätte nahegelegen, die formgebende Fläche des Bodenformwerkzeuges der in F i g. 6 veranschaulichten Gestaltung des Napfes 2 anzugleichen, d. h., sie etwa parabelartig mit der der Fläche 9 in F i g. 6 angepaßten Rundung auszugestalten. Bei einer derartigen Formung des Bodenwerkzeuges läßt sich indessen ein Reißen des Werkzeuges nicht vermeiden, selbst dann, wenn große Wandstärken angewendet werden und das Bodenformwerkzeug durch einen aufgezogenen Ring verstärkt wird. Wird dagegen erfindungsgemäß im Bodenformwerkzeug die in F i g. 5 dargestellte Ausnehmung 8 mit der Ecke 7 vorgesehen, so wird ein Aufreißen des Werkzeuges vermieden und außerdem die gesamte Herstellung vereinfacht und verbessert. Es entsteht erfindungsgemäß das in F i g. 3 dargestellte Werkstück 10, das infolge der Gestaltung des Bodenverformungswerkzeugs 5 die schräg verlaufende Fläche 11 und die Ecke 12 aufweist. F i g. 3 läßt auch erkennen, daß eine starke Verformung des Bodens 13 stattgefunden hat und der Werkstoff des Bodens in großem Ausmaß zur Bildung des Mantels der Hülse 10 herangezogen ist. Hierdurch wird erklärlich, daß bei der Herstellung einer Hülse vorbestimmter Länge erheblich an Zügen gespart werden kann. Die Ecke 12 kann gewünschtenfalls spanabhebend oder spanlos entfernt werden. Wesentlich- für die Erfindung ist somit, daß der Werkstoff des Bodens des zunächst erzeugten Napfes, der in F i g. 5 gestrichelt wiedergegeben ist, bei der Verformung durch das Bodenformwerkzeug infolge des Vorhandenseins der Ausnehmung 8 seitlich ausweichen und anschließend nach oben fließen kann. Es tritt trotz des Aufschlags des Stempels keine unzulässige Beanspruchung des Bodenverformungswerkzeuges auf, welche dieses zum Aufreißen bringen würde. F i g. 7 stellt noch den letzten Zug dar und läßt besonders erkennen, daß der zylindrische untere Teil 15 des Werkzeuges nach F i g. 4 (entsprechend dem Durchmesser 15' des Napfes 2) etwas kleiner zu halten ist als der Durchmesser 16 des Napfes 2 nach F i g. 7. Auf diese Weise wird erreicht, daß in die Wandung des Napfes 2 des letzten Zuges auf keinen Fall das nicht verformte Material des Bodens hineingezogen wird. Wird der Durchmesser der Hülsen laut F i g. 7 um etwa 0,4 mm unter dem letzten Ziehdurchmesser gehalten, so gibt es keine Verzerrung des Kornes durch Ziehen von Bodenteilen in den Mantel.The further deformation of this cup now took place in the known processes in such a way that it was initially annealed for about 1 hour at 590 ° C., then pickled and phosphated and then drawn on. It is obvious that this procedure is cumbersome, lengthy and expensive. According to the invention, the procedure is that, as shown in FIG. 4 and 5 show that the cup produced with the aid of the drawing dies 3 and 4 in the first double draw is further deformed by means of the soil deformation tool 5. This floor tool 5 has a recess 8 which has a surface 6 which runs uniformly and obliquely upwards and outwards and which then continues upwards at the corner 7 into the cylindrical part 14. The recess 8 is shown as a whole in FIG. 5 highlighted by a circle. The representation of the floor tool 5 with the recess 8 shows that the shaping surface of the floor tool differs considerably from a design that was obvious to the person skilled in the art and suggested the production of a workpiece that is shown in FIG. 6 is shown. It would have been obvious that the shaping surface of the floor molding tool of the type shown in FIG. 6 to match the design of the cup 2 illustrated, that is, it is approximately parabolic with that of the surface 9 in FIG. 6 adapted rounding. With such a shaping of the floor tool, however, tearing of the tool cannot be avoided, even if large wall thicknesses are used and the floor molding tool is reinforced by a pulled-on ring. If, on the other hand, according to the invention in the floor molding tool, the in FIG. 5 is provided with the corner 7, the opening of the tool is avoided and the entire production process is simplified and improved. According to the invention, the result shown in FIG. The workpiece 10 shown in FIG. 3, which has the inclined surface 11 and the corner 12 as a result of the design of the soil deformation tool 5. F i g. 3 also shows that a strong deformation of the base 13 has taken place and the material of the base is used to a large extent to form the jacket of the sleeve 10 . This explains the fact that in the production of a sleeve of a predetermined length it is possible to save a considerable amount of trains. The corner 12 can, if desired, be removed by cutting or non-cutting. It is therefore essential for the invention that the material of the bottom of the cup initially produced, which is shown in FIG. 5 is shown in dashed lines, during the deformation caused by the bottom molding tool, due to the presence of the recess 8, it can move laterally and then flow upwards. Despite the impact of the punch, there is no inadmissible stress on the soil deformation tool which would cause it to tear open. F i g. 7 represents the last train and shows that the cylindrical lower part 15 of the tool according to FIG. 4 (corresponding to the diameter 15 'of the cup 2) is to be kept somewhat smaller than the diameter 16 of the cup 2 according to FIG. 7. In this way it is achieved that the undeformed material of the soil is in no way drawn into the wall of the cup 2 of the last train. If the diameter of the sleeves is shown in FIG. 7 is kept about 0.4 mm below the last drawing diameter, so there is no distortion of the grain by drawing bottom parts into the jacket.

Wie im gezeigten Beispiel kann man mit allen anderen Werkstoffen vorgehen. Gibt man dem Material beim ersten Aufschlag ausreichend Möglichkeit zum Ausweichen und weist es in die richtige Richtung, dann wird grundsätzlich neben der Rationalisierung die bestmögliche Qualität erzielt.As in the example shown, you can proceed with all other materials. If you give the material sufficient opportunity to evade on the first serve and if it points in the right direction, then it is basically next to the rationalization achieved the best possible quality.

Claims

Claims: 1. Process for the production of unilaterally closed Hollow bodies made of steel or other materials by cold or hot deformation which a round sheet metal to a bowl with a weakly shaped bend of its cylindrical shaft deep-drawn to its essentially flat bottom and the bend is then bent in the same device in one operation of is sharply formed at the bottom, characterized in that the formation of the bend (2a) takes place beyond the critical deformation with respect to the start of recrystallization.

2. The method according to claim 1, characterized in that the hollow body in itself is annealed in a known manner after the formation of the bend.

3. Soil deformation tool for performing the method according to claim 1, characterized by a recess (8) with a uniformly sloping outwardly and upwardly sloping molding surface (6) and a corner (7) on its cylindrical part (14).

4. Tool according to claim 3, characterized in that the diameter of its cylindrical part (15) is slightly smaller than the diameter (16) of the bowl (2) from the last train. Into consideration drawn pamphlets: U.S. Patents Nos. 1,439,352, 2,379,450; VDI magazine, July 25, 1942, pp. 469 and 470.